Способ демонстрации оптической интерференции и дифракции света

ЛЬСТВУ ц физивой. онстрации В.И. Иве 60-561. ИЧЕСКОЙВЕТАсредст- .уцебнымбыть исится к средствами к уцебным прибоет быть широколекционных курсовпример, как оптиыцислительная- расширение дежностей с учетом и источника свеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИ(54) СПОСОБ ДЕМОНСТРАЦИИ ОПТИНТЕРФЕРЕНЦИИ И ДИФРАКЦИИ С(57) Изобретение относится квам обучения, в частности кприборам по физике, и может Изобретение отно обучения, в частнос рам по физике, и мо использовано в ряде по физике, таких, н ка, спектроскопия,техника и т,д. Цель изобретения монстрационных возм степени коге ентносоР тта,На фиг1 приведена графическаясхема устройства; на фиг. 2 - блоксхема вычислительного устройства.Устройство для демонстрации оптической интерференции и дифракции сучетом степени когерентности источнка света %держит источник 1 света,например, ртутную лампу накаливания 2 пользовано в ряде лекционных курсов по физике. Цель изобретения - расши-, рение демонстрационных возможностей с учетом степени когерентности источ" ника света. Эта цель достигается за счет того, что дополнительно задают интервал и направление считывания информации с видимого изображения с последующим преобразованием считываемой информации в дополнительно создаваемое видимое цветное изображение, рассчитывают интерференционное цвет" ное изображение и в результате сравнения его с дополнительно создаваемым видимым изображением определяют влияние степени когерентности истоце ника света. 2 ил. конденсатор 2 для формирования равно мерного освещения, подвижную 1 ель 3, служащую для получения лучшего видимого изображения, преобразующий опти ческий элемент 4 - взаимозаменяемые бипризму Френеля или щель, что дает возможность получения интерференцион ной или дифракционной картин, экран 5 для визуального наблюдения физического явления, блок 6 съема информации, предназнаценный для съема сигналов интенсивности с экрана фотодат чиком и его перемещения по экрану, блок 7 обработки и управления сигналов, предназначенный для получения и формирования телевизионного цветного сигнала с наблюдаемого физического явления, телевизионное цветное проекционное устройство 8, формирующеецветное видеоизображение, проекционный экран 9, отображащий графическипоступающую на него информацию, демонстрируемое явление 10 и заранее5такое же аналогично рассчитанное 11,показанные на экране 9.Кроме того, устройство (Фиг. 2)содержит Фотодатчик 12, предназначенный для сьема инФормации с экрана 5демонстрируемого явления 10, усилитель 13 аналогового с,игнала, усиливающий сигнал от Фотодатчика 12 дозаданного уровня напряжений, напримерот 0 до 7 В, модуль 1 преобразований 15аналогового сигнала в цифровой и наоб 1 зрот, например, типа "КРЕИТ КАМАК",поддерживающий двухстороннюю связьс миниЭВМ и в свою очередь содержащийблок 15 преобразований аналоговых сиг налов в цифровые, например АЦП-, которые поступают от фотодатчика 12,блок 16 преобразований цифровых сигналов в аналоговые, например ЦАП,управляющий перемещением Фотодатчика 12 при помощи мотора 17 вдоль имотора 18 поперек экрана 5, а такжеконтроллер 19, например К, служащйй для организации двухсторонней связи миниЭВМ и модуля 11 преобразований,-,дяунаправленную шину 20, связанную со(щей шиной 21 Я-ВИБ, миниЭВМ 22,позволяющую управлять, считывать иорабатывать поступающую информацию,однонаправленную шину 23 для последующей передачи информации на экран,цветной интерфейс 21, Формирующийтелевизионные синхроимпульсы и К, С,В-цветовые сигналы, блок 25 сопряжения телевизионных синхроимпульсов иК,С,В-сигналов от интерфейса 21,блок 26 сопряжения телевизионногоустройства 8, при помощи которогоформируется видимое цветное изображение на цветном телевизионном проекционном экране 9.Работа устройства на примере интерференции при использовании бипризмыФренеля.Свет от иСточника 1 сцета формируется конденсором 2 и освещает равномерно подвижную щель 3. Прошедшийсформированный свет через щель 3 попадает на бипризму Френеля 1, с помощью которой Формируется интерферен 55ционная картина 10 на экране 5, Таккак преломляющие углы бипризмы делаются очень малыми для того, чтобыобеспечить малое расстояние между интерферирующими волнами, то это обстоятельство приводит к получению малого поля интерференции, что и зат рудняет его визуализацию на экране, Затем, включая блок 6 съема информации, с помощью моторов 17 и 18 (Фиг.2) Фотодатчик 12 устанавливается в крайнее нижнее левое положение. экрана 5 в зоне интерференционной картины 10, положение которого задается блоком 16 преобразования, например ЦАП, тем самым счетчик каналов присваивает значение К=О (фиг, 3), обозначив при этом, что начальная установка ЦАПв нулевое положение закончена. Затем, задав временной интервал перемещения Фотодатчика 12 от точки к точке, равный, например, Т=О,1 с, вдоль горизонтальной оси, Фотодатчиком 12 непосредственно снимают уровень интенсивности картины 10 по точкам, количество которых задается ЦАП, и равно 2 -1021 точкам. Сигналы от фотодат- Мчика 12 усиливаются усилителем 13 до уровня напряжений срабатывания блока 15 преобразования аналогового сигнала в цифровой, например, АЦПгде аналоговые сигналы преобразуются в цифровые значения и через контроллер 19 и двунаправленную информативную шину 20 поступают на общую шину -ВП 21 миниЭВМ 22, например "Электрони" ка", в которой периферийные устройства взаимодействуют с центральным процессором и оперативной памятью через систему шин внутренней магистрали, где магистраль имеет линии для поочередной передачи по ним адресов и данных. В миниЭВМ сигналы снятых интенсивностей 1 (К) заносятся в массив 1 (К) и выдаются на цветной проекционный экран 9 через интерфейс 21, формирующий цветное К, С,В-изображение блок 25 сопряжения, согласующий выходные синхроимпульсы и К,С,В-сигналы интерфейса 24 с входными сигналами полного телевизионного устройства 8 через блок 26 его сопряжения. При выдаче очередного сигнала интенсивности на экран Фотодатчик перемещается с помощью ЦАП в новое положение, и через интервал времени Т=0,1 с считывается новый уровень интенсивности 1 (К), который выдается на экран до тех пор, пока не будет пройден весь экран.Зная длину волны, расстояние от бипризмы френеля до экрана, апертуру,5 1541660 6 на проекционном экране строится за- , ку которого крепится фотодатчик поранее рассчитанная интерференционная верхность которого служит при верти- картина по формуле зависимости интен" кальной его установке экраном, модуль сивности от порядка интерференции. В 14 преобразования сигналов типа результате, на проекционном экране "КРОИТ-КАМАК" со стандартными блока- формируется заранее рассчитанная кар- ми АЦП, ЦАП, К, миниЭВМ тина 11 и непосредственно снятая с . "Электроника", или ДВК(3,4) демонстрируемого явления 10, где они цветной интерфейс ЦДР, проекционотображаются на нем в разных цветах. 10 ный цветной телевизор "ЭлектроникаТак как видимость интерференцион- ТВ 01 ПЦ", а также блоки сопряжений, ной картины непосредственно равна до- согласующие уровни входных и выходных ле когерентности света, присутствую- сигналов. Демонстрационная наглядность щего В интерферирующих световых пуч- и дидактическое восприятие повышены ках, то поэтому изменение видимости 15 за счет того, что в данном устройстве картины на экране позволяет определить реальное физическое явление сравнивает- долю интенсивности когерентных сос- ся с его теоретическим представлением тавляющих этих световых пучков и тем в реальном масштабе времени с возможсамым реально отразить это на про- ностью изменения ряда физических веекционном экране. 20 личин, таких как длина волны размер1Аналогично устроиство работает щели, расстояния до экрана длина ре 1 и при замене бипризмы френеля на щель, зонатора лазера и т.д. с одновременнымис тои лишь разницей,что на цветном наблюдением этих изменений на экранах телевизионном экране заранее строит- в вышеописанных представлениях. 1 ся дифракционная картина по заранее 25 Демонстрационные возможности расзаданным начальным условиям по извест- ширены за сцет того, что предлагаеным зависимостям. мый способ позволяет наблюдать и деИзменяя источник света и переходя монстрировать любые оптические явлек когерентному, демонстрируют нагляд" ния с возможностью высокого разрешеную картину получаемого явления. Из- З 0 ния.меняя разные условные параметры начальных условий данное устройство формула и зобрете ния отчетливо отслеживает любое их изменение в визуальном представлении. Способ демонстрации оптической инПредлагаемое устройство позволяет терференции и дифракции света, вклюм35чрасширить возможность демонстрации по чающии преобразование световой энергии оптике, так как оно обеспечивает де- в видимое изображение, о т л и ч а монстрацию малоразрешимых и плохо- ю щ и й с я тем, что, с целью расшиосвещенных оптических явлений, а так- рения демонстрационных возможностей же возможность их сравнения с заранее 40 с учетом степени когерентности источрассчитанным явлением по известному ника света, дополнительно задают инзакону, например, таких как дифракция тервал и направление считывания инна нити, дифракция на краю экрана, формации с видимого изображения с моды газового лазера, радиус кореля- последующим преобразованием считываеции когерентности источника света, мой информации в дополнительно созда- и т.д., и тем самым дать об этом яв- ваемое видимое цветное изображение, лении правильное представление, рассчитывают интерференционное цветДля демонстрации ряда оптических ное изображение и в результате сравявлений используются стандартные нения его с дополнительно создаваемым устройства: двухкоординатный самопи- видимым изображением определяют стесец ПДС, на горизонтальную рей- пень когерентности источника света.191660 иг ва Корректор И.Кучеря Редактор А. ШандВ аз 281 и ГЕ 1 П С о Йроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Составитель Л. ПрохТехред Л.Сердюкова Тираж 391 ственного комитета по иэобрет 113035, Москва, Ж, Раушс